摘要：随着我国经济的发展，对供电系统的稳定性要求有所提高，进而提高了对变电站直流电源及蓄电池的要求。目前我国电力系统变电站中应用的铅酸蓄电池维护技术成本较高，效果也不太理想，最终影响了蓄电池的性能。因此，本文分析了变电站铅酸蓄电池的工作原理、充放电的监控指标、蓄电池在线监测系统组成，以及系统应用的实际效果,具有一定的借鉴意义。
关键词：铅酸蓄电池；充放电；监控
1.引言
蓄电池在变电站直流供电系统中，是系统可靠运行的核心部件，它的主要功能就是为变电站的二次系统提供电力保障，使其更加稳定、安全、可靠，确保变电站的控制和保护、通信设备正常运行。目前很多电力企业采用先进的蓄电池监测方法和在线监测系统确保蓄电池的正常运行，以提高电力系统运行的稳定性。应用蓄电池在线监测系统之后降低了工作人员的蓄电池运行维护工作量，并实时掌握蓄电池的运行状态和相关的性能变化，可以防患于未然，避免问题的发生，保证变电站的直流系统运行的安全稳定性。
2.铅酸蓄电池的工作原理和充放电特性
铅酸蓄电池是由法国人普兰特1860年创制，伴随直流发电机的问世，铅酸蓄电池才逐步走向实用化。阀控式密封铅酸蓄电池简称免维护电池，具有重量轻、体积小、自放电小、寿命长、安装简便、节省投资、安全可靠、使用方便、维护工作量少、不溢酸雾、对环境无腐蚀、无污染等优良特性。阀控式密封铅酸蓄电池可适应变电站无人值守和微机集中监控的现代化管理方式，故在电力系统中大量使用。
2.1阀控式密封铅酸蓄电池工作原理
铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统,其充电和放电过程是通过电化学反应完成的. 按铅酸蓄电池中电解液存在的方式，可分为开口式（富液）和阀控式（贫液）两种。阀控式密封铅酸蓄电池工作原理是气体再化合，即正极产生的氧气，通过蓄电池隔板中的孔隙（或胶体裂缝）跟负极活物质、稀硫酸进行反应，再化合成水，同时使负极板的一部分处于放电状态，从而抑制氢气的产生。正极板氧气的产生速度不超过负极板对氧气的吸收速度，电池中不会产生多余的气体，不会损失电池中的水，从而实现密封。
2.2充放电对铅酸蓄电池的影响
2.2.1充电对铅酸蓄电池的影响
铅酸蓄电池需要精确的充电制度以达到其最优的性能和寿命，如果铅酸蓄电池长期充电不足，会在正极表面沉积大量体积大、活性差的PbSO4结晶和其包覆下的活性差的PbO2。这种情况比较严重时，铅酸蓄电池的充电过程中，蓄电池的端电压会很快升到控制的终止电压，放电时又很快跌落到终止电压，电池有容量但放不出电。铅酸蓄电池经过反复过充电和长期浮充，蓄电池析出大量的气体导致电解液损失，内阻增大。
2.2.2阀控式密封铅酸蓄电池充放电模式
（1）核对性充放电电
新安装或大修后的阀控式密封铅酸蓄电池组，应进行全核对性额定容量放电试验，放电电流不应变动过大，放电结束后应立即对蓄电池进行充电，避免电池内部硫化导致电池内部短路。此时均采用0.1C10恒流充电，当蓄电池组端电压上升到2.23V x n时，将其转为恒压充电。
（2）恒压充电
在2.35V x n的恒压充电下，充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.1C10时，充电装置经一定整定延时转为正常的浮充电运行，同时在浮充电过程中要进行温度补偿，避免蓄电池因失水干涸而失效，可根据电池性能灵活设置中心温度、补偿下限和上限、补偿斜率等参数。
3.阀控式密封铅酸蓄电池充放电的监测和控制指标分析
3.1影响阀控式密封铅酸蓄电池寿命的因素
在实际应用中，影响铅酸蓄电池寿命正常运行的主要原因是硫化和失水。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（1）充电电压过高
对电池来说，过高的充电电压，会加剧蓄电池内部水的电解反应，将造成电池失水、电解液干涸，导致电池失效。此外，还会加剧腐蚀蓄电池内部正极板栅，损坏蓄电池内部结构。
（2）过度放电
蓄电池过度放电时，会生成大量硫酸铅，导致蓄电池电极钝化，失去供电作用。电池放电深度越深，其循环使用次数越少，据厂家数据，当电池放电深度为100%时，电池实际使用寿命约200-250次充电循环；当电池放电深度为50%时，电池实际使用寿命约500-600次充电循环。
3.2阀控式密封铅酸蓄电池监测和控制指标分析
通过上述分析可知，变电站蓄电池需要监测的指标较多，如充放电电流、蓄电池组的组电压、单体电池的内阻、电压、温度等数据。而在设计蓄电池监测系统时,可以将这些参数设置一个极限值,当检测到有蓄电池参数达到这些极限值时就给管理维护人员报警,有效减少因蓄电池故障带来的损失。
判断蓄电池使用寿命的长短往往是依据电池的剩余容量能否满足机房的基本工作要求。通过放电检测判断电池实际容量的方法风险极大、工作量大、且耗电费时，频繁地对蓄电池进行深放电还会降低自身容量。因此深放电无法满足蓄电池定期维护的要求，所以一般采用其他方式进行，目前蓄电池在线监测系统应用的较为广泛。
蓄电池在线监测系统应该具有以下功能：实时获得铅酸蓄电池组内阻、电压的相关信息，通过电池内阻、电池电压的测试，判断蓄电池性能趋势，及时发现蓄电池运行过程中潜在的问题，并自动对蓄电池的进行在线维护。如在线对单体蓄电池的充电电压进行均衡调整。此外，系统还应该具有蓄电池组性能分析软件，基于蓄电池组电压离散性的蓄电池分析数学模块实现对蓄电池实际容量的计算，为远程蓄电池监测维护及查询分析提供有效的手段。
4.控式密封铅酸蓄电池监测系统应用
4.1蓄电池在线监测系统组成
蓄电池在线监测系统主要包括直流互感器、主控模块和多个节点。系统主要对蓄电池的参数进行在线监测，如电压、内阻和电流、环境温度等。主控模板和电缆之间不直接相连，它们之间存在6芯扁平电缆形成一个监测网。从电气设计方面来讲，主控模块与节点之间的交流通讯是完全隔离的，测量数据通过节点模块进行读取，然后再主控模板的存储空间中进行缓存，此时，就能通过智能口查询系统的相关参数了，参数的输出通过液晶显示的方式实现，这就是在线监测系统的一个数据采集、输出过程。
蓄电池参数信息采集层，采集变电站的蓄电池信息，支持接入RS485、RS232两类串口信号。采集的数据转化成RS-232信号被主控制器单元识别、接收。直流电流互感器和蓄电池的充放电主回路相接，采集其充放电电流数据，经过A/D转换，直接传输到主控制器。采集的数据和主控制器中设定的数据进行比较，如果采集的数据超出设定数据的范围值就会通过相应的软件进行调节，控制硬件操作，及时控制蓄电池。
主控模块负责接收和发送蓄电池数据，控制和显示现场状态。系统接收到蓄电池在线监测、直流电源充电装置信号之后，检查数据可信度，统一建模，存储并显示，发送到上位机。主控模块的数目可以根据实际需要设置多个，采集的信息经过处理之后存入数据库，分析直流设备状态和蓄电池的性能。
主控模块对各个子程序进行控制时，通过调用各个模块的子函数实现数据采集的后处理、系统初始化、故障管理、SOC估算、通信调试及数据发送等。系统主控制板和上位机之间通过通信模块实现蓄电池的数据传输。
该系统为用户提供了标准的RS485、RS232两种不同的接口通讯，同时与管理中心的计算机连接形成另一个远程分布式的检测系统。管理中心的计算机也就是监测主机，它是该系统的信息交互接口，对外展示蓄电池的充放电等信息。工作人员可以通过监测主机定时发布信息，并完成相关的报表，方便蓄电池相关参数信息的利用。监测主机接收电池电压数字信号后，采用CPU对其进行分析和处理，并显示相关的处理结果。在运行状态下，蓄电池一旦发生异常，会发出警报。在放电状态下，计算机监测放电程序和电池的放电特性，判别蓄电池的好坏，显示判别结果，找出失效电池，并自动终止放电。并应用蓄电池组性能分析软件对蓄电池实际的容量计算。
5.结论
变电站蓄电池充放电的在线监测和管理能够实现对它们的信息化、智能化、网络化的维护与管理，对于直流设备和变电站蓄电池的统一管理和监控非常有利，提供一种良好的监测管理手段，为变电站蓄电池的管理工作提供了便利。通过分析系统采集的蓄电池的参数，可以详细的掌握其运行状态，发现其存在的故障隐患，早期诊断，可采取相应的预防控制措施，提高对直流系统的维护水平，有效保障了电力设备的稳定运行，提高了电网的稳定性。为了完善系统的功能，监测变得更加精确，在线蓄电池监测系统还需要对其进行进一步的研究和改进，并扩充系统的相应辅助功能。
论文作者:姚永强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：蓄电池论文; 在线论文; 酸蓄电池论文; 电池论文; 变电站论文; 电压论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第17期论文;